Diese Arbeit dokumentiert eine Unterrichtssequenz zum Thema "Erarbeitung der Newton’schen Axiome" anhand ausgewählter Experimente im Physikunterricht der Klassenstufe 9 im Gymnasium. Dabei lassen sich die Axiome in 3 Untertheorien wie folgt aufteilen: 1. Wechselwirkungsgesetz, 2. Grundgesetz, 3. Trägheitsgesetz. Als Axiom gilt hier der Grundsatz einer Theorie, der innerhalb eines Systems nicht begründet oder deduktiv abgeleitet wird.
Dass die einzelnen Axiome miteinander in Beziehung stehen, soll innerhalb der Sequenz u.a. durch die verbindende Betrachtung der einzelnen Experimente gekennzeichnet werden. Dazu wurde der Schwerpunkt der unterrichtlichen Gestaltung auf einen problematisierenden und handlungsorientierten Unterricht gelegt. Die Orientierung an lebensweltlichen Problemen der Schüler bietet zunächst die Möglichkeit der Fokussierung hin zu einer wissenschaftlichen Kontextualisierung, die letztlich handlungsorientierte Lösungsstrategien verlangt und den Einsatz der Schüler erfordert.
Während die Problemorientierung zunächst die wissenschaftliche Arbeitsweise und die Neugier sowie das Interesse der Schüler fördert, dient der handlungsorientierte Ansatz vor allem der Motivation durch Einbindung der Schüler in den gesamten Erarbeitungsprozess.
Die Realisierung beider Leitgedanken kann im Physikunterricht durch den Einsatz von Experimenten und lebensweltlichen Bezügen zum Erfahrungshorizont der Schüler erfolgen und bietet daher Möglichkeiten, um sowohl kognitive Konflikte, die sich in der Behandlung des Themas ergeben, als auch bereits vorhandenes Wissen im Erkenntnisprozess mit einzubeziehen.
In der Lebenswelt der Schüler taucht der Begriff der Kraft des Öfteren auf, allerdings in unterschiedlichen inhaltlichen Ausrichtungen. So wird im Sportunterricht von Kraftübungen gesprochen, starken Personen wird viel Kraft zugeschrieben und Filmhelden verfügen zumeist sogar über Superkräfte. Insofern ist der Begriff Kraft bei den Schülern mit der Behandlung in Klasse 7 bereits vorgeprägt.
Während sie den Kraftbegriff im physikalischen Kontext zunächst nur qualitativ kennenlernen, werden vor allem die Wirkungen der Kräfte auf Grundlage der Newton’schen Axiome durch das Kerncurriculum in der Klasse 9 wieder aufgegriffen und hier vertieft. Diese Grundbedingung ergibt sich daraus, dass erst in Klasse 9 die Bewegungsgesetze der Mechanik behandelt werden und die Schüler die gleichförmige von der gleichmäßig beschleunigten Bewegung zu unterscheiden lernen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Begründung des Themas
- 2 Bedingungsanalyse
- 3 Sachanalyse
- 3.1 Das Axiom als physikalischer Tatsachenbericht?
- 3.2 Die Kraft als physikalische Größe
- 3.3 Das Erste Newton’sche Axiom – Trägheitsgesetz
- 3.4 Das Zweite Newton’sche Axiom (Grundgesetz)
- 3.5 Das Dritte Axiom – Wechselwirkungsgesetz
- 4 Sequenzplanung
- 5 Didaktische Überlegungen mit Alternativen und didaktischer Reduktion
- 6 Lernziele für die gesamte Sequenz
- 6.1 Grobziel Sequenz
- 6.2 Stundenziele
- 6.2.1 Stunde 1 – Einführung in die Dynamik – Wiederholung Kraftbegriff
- 6.2.2 Stunde 2 – Das Wechselwirkungsgesetz
- 6.2.3 Stunde 3 – Das Grundgesetz der Mechanik
- 6.2.4 Stunde 4 – Übung + Das Trägheitsgesetz
- 6.2.5 Stunde 5 – Transfer und Festigung
- 7 Methodische Analyse
- 7.1 Einführungsstunde Dynamik und Wiederholung Kraft
- 7.2 Erarbeitung des Newton’schen Grundgesetzes
- 7.3 Übungsstunde und Vorbereitung Test
- 8 Verlaufsplanung
- 9 Reflexion
- 9.1 Reflexion der Einzelstunden
- 9.2 Reflexion der Sequenz
- 9.3 Fazit
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit dokumentiert eine Unterrichtssequenz zur Erarbeitung der Newton'schen Axiome im Physikunterricht der Klassenstufe 9 mittels ausgewählter Experimente. Ziel ist es, den Schülern ein vertieftes Verständnis der drei Axiome (Trägheitsgesetz, Grundgesetz, Wechselwirkungsgesetz) zu vermitteln und deren Anwendung in alltäglichen Situationen zu ermöglichen. Der Fokus liegt auf einem handlungsorientierten und problematisierenden Unterricht.
- Erarbeitung der Newton'schen Axiome durch Experimente
- Verknüpfung theoretischen Wissens mit praktischen Anwendungen
- Förderung der Erkenntnisgewinnung und des problemorientierten Denkens
- Anwendung der Axiome zur Erklärung alltäglicher Phänomene
- Entwicklung von Lösungsstrategien für physikalische Probleme
Zusammenfassung der Kapitel
1 Begründung des Themas: Dieser Abschnitt begründet die Notwendigkeit der Auseinandersetzung mit den Newton'schen Axiomen im Physikunterricht der 9. Klasse. Er betont den praktischen Nutzen für die Schüler, Bewegungen zu analysieren und Vorhersagen zu treffen, und verweist auf die schulrechtlichen Vorgaben. Die drei Axiome – Wechselwirkungsgesetz, Grundgesetz und Trägheitsgesetz – werden als Untertheorien vorgestellt, deren gegenseitige Beziehung durch die Analyse der Experimente verdeutlicht wird. Der Unterricht wird als problematisierend und handlungsorientiert konzipiert, wobei lebensweltliche Bezüge der Schüler im Fokus stehen.
2 Bedingungsanalyse: Dieser Teil beschreibt die Lerngruppe (23 Schüler, 12 Mädchen, 11 Jungen) und deren Leistungsniveau. Es wird auf individuelle Förderbedarfe einzelner Schüler eingegangen (Lernstörung, Motivationsmangel), sowie auf das positive und hilfsbereite Klassenklima. Der Abschnitt beleuchtet das Lehrer-Schüler-Verhältnis und die Maßnahmen zur Förderung eines produktiven Lernumfeldes. Der vorhandene Physikraum und das Vorwissen der Schüler aus den Klassen 7 und 8 bezüglich Masse, Beschleunigung und Kraft werden ebenfalls beschrieben.
3 Sachanalyse: Hier werden die einzelnen Themen der Sequenz fachwissenschaftlich analysiert. Zuerst wird der Begriff „Axiom“ erläutert, gefolgt von einer detaillierten Beschreibung der Kraft als physikalische Größe und deren Wirkungen. Die drei Newton’schen Axiome werden einzeln und im Kontext zueinander erklärt, inklusive der mathematischen Formulierungen und ihrer Ableitungen. Der Abschnitt betont die Bedeutung des Intertialsystems und die Notwendigkeit der Berücksichtigung des Bezugssystems bei der Betrachtung von Kräften und Bewegungen.
4 Sequenzplanung: Die Tabelle in diesem Kapitel bietet einen Überblick über die einzelnen Stunden der Sequenz, inklusive Stundenthema, Kompetenzbereich, Kompetenzentwicklung und Vorgehen.
5 Didaktische Überlegungen mit Alternativen und didaktischer Reduktion: Hier werden didaktische Aspekte der Sequenz beleuchtet, u.a. die Einbindung in die Rahmenrichtlinien, die Lernziele und der gewählte didaktische Ansatz (genetischer Unterricht nach Wagenschien). Es wird auf die didaktische Reduktion (z.B. Verzicht auf Vektoraddition) und alternative Herangehensweisen eingegangen. Der Abschnitt hebt die Bedeutung des Experimentes und die Kombination von Vorwissen, Erfahrung und experimenteller Beobachtung hervor.
6 Lernziele für die gesamte Sequenz: Dieser Teil definiert die Grob- und Stundenziele der Sequenz, ausgerichtet an den Rahmenrichtlinien und Bildungsstandards. Es werden sowohl kognitive als auch instrumentelle Lernziele formuliert und die Kompetenzbereiche (Erkenntnisgewinnung, Fachwissen) benannt.
7 Methodische Analyse: Dieser Abschnitt präsentiert eine exemplarische methodische Analyse von drei Stunden der Sequenz (Einführung, Erarbeitung des Grundgesetzes, Übungsstunde), inklusive alternativer Gestaltungsmöglichkeiten und didaktischer Überlegungen. Es wird auf die eingesetzten Methoden (z.B. Demonstrationsexperimente, Schülerversuche, Gruppenarbeit) und deren Effektivität eingegangen.
Schlüsselwörter
Newton’sche Axiome, Mechanik, Kraft, Masse, Beschleunigung, Trägheitsgesetz, Grundgesetz der Mechanik, Wechselwirkungsgesetz, Experiment, Erkenntnisgewinnung, Didaktik, Unterrichtssequenz, Schüleraktivierung, Handlungsorientierung, Problemlösen, Kompetenzentwicklung.
Häufig gestellte Fragen zur Unterrichtssequenz: Newton'sche Axiome
Was ist der Gegenstand dieser Arbeit?
Diese Arbeit dokumentiert eine Unterrichtssequenz zur Erarbeitung der Newton'schen Axiome (Trägheitsgesetz, Grundgesetz, Wechselwirkungsgesetz) im Physikunterricht der 9. Klasse. Der Fokus liegt auf einem handlungsorientierten und problematisierenden Unterricht mit Experimenten.
Welche Ziele werden mit der Unterrichtssequenz verfolgt?
Die Sequenz zielt darauf ab, den Schülern ein vertieftes Verständnis der drei Newton'schen Axiome zu vermitteln und deren Anwendung in alltäglichen Situationen zu ermöglichen. Es sollen Erkenntnisgewinnung, problemorientiertes Denken und die Entwicklung von Lösungsstrategien gefördert werden.
Welche Themen werden in der Sequenz behandelt?
Die Sequenz umfasst folgende Themen: Begründung des Themas, Bedingungsanalyse (Lerngruppe, Voraussetzungen), Sachanalyse (Axiome, Kraftbegriff, mathematische Formulierungen), Sequenzplanung, didaktische Überlegungen (Alternativen, Reduktion), Lernziele (Grob- und Stundenziele), methodische Analyse (eingesetzte Methoden, z.B. Experimente, Gruppenarbeit), und Reflexion (Einzelstunden, gesamte Sequenz).
Wie ist die Unterrichtssequenz aufgebaut?
Die Sequenz ist in mehrere Stunden unterteilt, die sich thematisch aufeinander aufbauen. Die Stunden behandeln die einzelnen Axiome, beginnen mit einer Einführung und enden mit einer Übungsstunde und einem Transfer der gelernten Inhalte. Ein detaillierter Verlaufsplan ist enthalten.
Welche Methoden werden in der Sequenz eingesetzt?
Die Sequenz verwendet verschiedene Methoden, darunter Demonstrationsexperimente, Schülerversuche, Gruppenarbeit und erläutert die didaktischen Überlegungen dahinter. Der Unterricht ist handlungsorientiert und problemlösend gestaltet.
Welche didaktischen Überlegungen wurden berücksichtigt?
Die didaktischen Überlegungen beinhalten die Einbindung in die Rahmenrichtlinien, die Formulierung von Lernzielen (kognitiv und instrumentell), die didaktische Reduktion (z.B. Verzicht auf Vektoraddition) und die Berücksichtigung alternativer Herangehensweisen. Der genetische Unterricht nach Wagenschien wird als didaktischer Ansatz genannt.
Wie wird die Lerngruppe berücksichtigt?
Die Bedingungsanalyse beschreibt die Lerngruppe (23 Schüler), deren Leistungsniveau und individuelle Förderbedarfe einzelner Schüler. Das Klassenklima und das Lehrer-Schüler-Verhältnis werden ebenfalls berücksichtigt.
Wie werden die Newton'schen Axiome fachwissenschaftlich behandelt?
Die Sachanalyse erläutert den Begriff "Axiom", beschreibt die Kraft als physikalische Größe und deren Wirkungen, und erklärt die drei Newton'schen Axiome einzeln und im Kontext zueinander. Mathematische Formulierungen und die Bedeutung des Intertialsystems werden ebenfalls behandelt.
Wie wird die Sequenz reflektiert?
Die Reflexion umfasst eine Einzelreflexion der Stunden und eine Gesamtreflexion der Sequenz. Es wird ein Fazit gezogen, welches die Stärken und Schwächen der Sequenz zusammenfasst.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselwörter sind: Newton’sche Axiome, Mechanik, Kraft, Masse, Beschleunigung, Trägheitsgesetz, Grundgesetz der Mechanik, Wechselwirkungsgesetz, Experiment, Erkenntnisgewinnung, Didaktik, Unterrichtssequenz, Schüleraktivierung, Handlungsorientierung, Problemlösen, Kompetenzentwicklung.
- Arbeit zitieren
- Stephan Baier (Autor:in), 2013, Die Newton'schen Axiome im Physikunterricht der Klassenstufe 9 Gymnasium, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/451448
